低温余热资源在煤矿中的应用探讨

摘要：介绍了煤矿低温余热资源的主要来源，并分析了利用低温余热资源的意义。结合陕西宝鸡市某煤矿低温热能利用方案，探讨了煤矿低温热能的利用在替代传统锅炉的可行性。

关键词：煤矿；低温余能；节能减排

中图分类号：TU833

文献标识码：A文章编号：16749944（2016）14019002

1引言

煤矿在生产过程中的用热需求主要有3个方面，冬季建筑物采暖、井口防冻和职工洗浴。我国大多数煤矿通过传统的燃煤（燃油）锅炉提供热量，需要消耗大量的燃煤（燃油），也向环境排放了大量的污染物。煤矿在生产过程中产生大量的低温余热资源，但由于不缺乏能源，这些低温余热资源往往并不被利用。随着能源消耗日益凸显，环境污染越来越严重，开发绿色、环保的新能源已成为各国研究的重点，废热资源回收和利用越来越受到人们的重视，因此，煤矿的低温余热资源回收利用就成为了迫切的需要。

2煤矿中低温余热资源的利用技术及可利用的低温余热资源

2.1低温热泵技术

到目前为止，针对矿井低温余热利用的技术主要是低温热泵技术。低温热泵技术是一种以可再生能源——浅层低温热能为热源的新型、节能环保型冷暖中央空调系统，它具有冬季向建筑物供暖，夏季向建筑物供冷及常年提供卫生热水的功能，是一种以消耗少量电能为代价，能将大量无用的低品位废热转变为高品位热能的装置[1]。

矿井低温热泵技术主要有水源热泵系统、空气源热泵系统和热管回收系统[2]。目前在理论上较为成熟且已投入实际应用的煤矿低温余热资源利用技术为水源热泵技术[3]。

2.2煤矿可利用的低温余热资源

目前，煤矿可利用的低温余热资源，主要包括矿井排水热量、空气压缩机压缩热量、矿井回风热能、洗浴废水热量以及太阳能等。

（1）矿井回风热能。一般情况下，矿井回风的温度、湿度一年四季变化不大，矿井回风的相对湿度达到90%，而温度随着煤层赋存深度变大而变高，其蕴涵的低温热能越多，回收利用价值越高。

（2）矿井排水热能。为了确保煤矿井下生产安全，矿井在开采过程中要排出大量矿井水，并且水量随着矿井生产的规模不断扩大和开采时间的增长会逐年增多。这部分矿井水水温多在18～35 ℃，温度基本恒定，具有大量的可利用低温热能。

（3）空压机余热回收。空压机的冷却水具有流量稳定、温度较高、水质较好等特点，利用基于热泵原理的技术回收空压机设备冷却水的余热。

（4）太阳能。太阳能是最清洁的能源之一，开发利用太阳能不会污染环境。在日照充足的区域，充分开发利用太阳能具有重要的意义。

3郭家河煤矿低温热能利用方案

3.1郭家河煤矿项目概况

郭家河煤矿井田位于位于页岭以北，属陇东黄土高原南部边缘地带，距离宝鸡市约100 km，是一座年核定生产能力为500万t的大型现代化矿井。郭家河煤矿煤层赋存不深，属以地温正常为背景的低温区，矿井正常涌水量为6250 m3/d，项目所在区域全年日照时数 2200 h左右，日照比较充足。

郭家河矿井工业场地总耗热量为11792 kW，其中冬季采暖耗热量为4833.8 kW，井口防冻耗热量为1964.2 kW，职工洗浴耗热量为1964.2 kW。

3.2郭家河煤矿低温余热资源利用条件分析

（1）矿井回风热能。

郭家河煤矿煤层赋存不深，属以地温正常为背景的低温区，矿井回风温度在20 ℃左右，矿井总回风量154 m3/s，根据热力学定理计算，该煤矿回风释放的热能在788 kW，考虑低温热泵的热能损耗，可利用的热能就更低。因此，该煤矿矿井回风热能利用价值不高。

（2）矿井排水热能。郭家河煤矿矿井正常涌水量为6250 m3/d，这部分矿井水水温多在18～35 ℃，温度基本恒定，具有大量的可利用低温热能。

郭家河煤矿安装水源热泵共计2组，利用矿井排水

热源，制热量407.96 kW，输入功率121.77 kW，每天可置换60 ℃热水600 m3。

（3）空压机余热回收。郭家河空压站设空压机3台，采用风冷冷却方式。若要利用空压机站的热量，则需要将空压机改为水冷，投资较大。另外，空压机房设备开机时间不确定，其冷却热量有限，不宜利用。

（4）太阳能。本区属暖温带半干旱大陆性季风气候，全年日照时数 2200 h左右，日照比较充足。矿方在在原煤仓外壁安装太阳能集热器110台，总集热面积687.5 m2，生活污水处理站屋面安装太阳能集热器74台，总集热面积462.5 m2，太阳光照充足情况下，每天产生55 ℃热水共72 m3。

3.3郭家河煤矿锅炉房优化方案

在可研阶段，郭家河煤矿供热热源由设在矿井工业场地锅炉房统一供给，锅炉房设1台4 t/h和2台10 t/h蒸汽锅炉，其中冬季3台蒸汽锅炉全部运行，夏季运行1台4t/h蒸汽锅炉。矿方从项目实际情况出发，充分考虑低温余热资源的利用，在工业场地设太阳能板和水源热泵等低温热能设备，作为职工洗浴耗热热源，替代1台4 t/h蒸汽锅炉。矿井每天洗浴淋浴使用热水量总计526.2 m3。太阳能及水源热泵每天产生的热水量为672 m3，大于消耗用水量，能满足职工正常洗浴用水需求。

3.4环境效益分析

太阳能板是清洁能源，水源热泵回收矿井水余热，两者均无需耗煤，不存在固体废弃物、有毒有害气体及烟尘排放等问题，是环保的供热方式。据测算，相比于传统的供热方式，每年可减少SO2排放量9.5 t、NOX排放量4.28 t、烟尘排放量2.26 t，煤炭消耗2120 t，具有显著的环保效益。

4结语

矿井低温热能的利用可替代传统的燃煤（燃油）锅炉，减少煤炭（燃油）的消耗，同时也减少有毒有害气体、烟尘及固体废弃物的排放。因此，矿井低温热能的利用符合我国节能减排与环境保护的政策，对于推进矿井低碳经济、建设绿色环保的和谐矿山有重要意义。随着能源形势的日趋严峻和环保意识的提高，矿井余热利用技术具有广阔的应用前景。

参考文献：

[1]

王伟.低温热源热泵系统在煤矿采暖中的应用[J].环境与生活，2014（6）47.

[2]韩磊，裴婷.矿井余热利用技术研究现状及展望[J].应用能源技术，2013（5）：36～39.

[3]杨丁.水源热泵技术在煤矿低温余热资源利用中的应用[J].采矿技术，2011（11）：126～128.

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